摘 要
在钢筋表面喷涂一层热熔结环氧粉末涂料可以延缓钢筋锈蚀的时间，延长混凝土结构的使用寿命。本文介绍了钢筋涂装用环氧粉末涂料的技术要求、研发过程及涂装工艺，说明采用环氧涂层对钢筋防腐蚀保护是切实可行的措施。
钢筋是各种建筑工程部可缺少的建筑材料。在沿海的港口码头、跨海大桥、采用钢筋混凝土的建筑和需要撒盐水出冰雪的机场及高速公路等设施环境中，由于钢筋混凝土中不可避免的会出现一些缝隙或空隙，当受到盐水或酸雨等侵蚀时会引起钢筋混凝土的钢筋锈蚀。锈蚀产生的氧化铁皮体积膨胀几十倍，导致混凝土开裂、保护层剥落，使钢筋直接暴露在大气、水及其腐蚀介质中，腐蚀速度加快，建筑物往往未达到设计使用年限就提前破坏，而因此会产生工程的灾难性事故。因此钢筋性能的稳定性已直接关系到建筑物的最终使用寿命。
根据建设部要求，由中国建筑科学研究院会同有关单位共同编制完成了建筑工业行业的涂层钢筋产品标准《环氧树脂涂层钢筋》JG3042—1997[2]，该标准参考了美国ASTM A775M-95a及国标准化组织ISO14654（1995工作草案）等标准有关内容的基础上，结合我国国情编制的。该标准对图层钢筋产品的技术要求、品质检测的试验方法、产品的检验规则以及对制作涂层材料的性能等均做出了具体规定。此外，鉴于我国现行的有关混凝土结构设计、施工规范尚未对涂层钢筋应用中的有关要求作出规定，作为行业标准，该标准还对涂层钢筋的设计与施工方法提出了原则要求，该标准已于1997年12月1日起实施。
1.1 实验原材料
环氧树脂A：国都化工；环氧树脂B：恒远化工；环氧树脂C：国都化工；酚类固化剂A：大庆庆鲁；酚类固化剂B：大庆庆鲁；酚类固化剂C：国都化工；酚类固化剂D：南海奉化；酚类固化剂E：南海奉化；促进剂：六安捷通达。
1.2 粉末涂料的制备
按照配方准确称取各成分原材料，放入混合机中告诉混合，然后通过双螺杆挤出机挤出冷却，将冷却后的料片经咖啡磨打碎后用筛网过筛得到成品粉末涂料。然后将粉末涂料用静电喷枪屠刀将喷砂处理的钢筋底材上，固化冷却后得到样品钢筋。
1.3 测试与表征
用钢筋弯曲机对样品钢筋按照4D要求进行弯曲，观察弯曲表面涂层时候开裂。
1.4 反应原理
（1）双酚A环氧树脂结构介绍
环氧树脂的固化反应主要发生在环氧基上，由于环氧基受到醚键和苯环上大π键的影响，电子云分布发生较大偏移，产生偶极矩，造成环氧基上的氧原子存在较多的负电荷，其末端的碳原子则留有较多的正电荷，因而亲电试剂和亲核试剂都以加成反应的方式是环氧基开环聚合，最后生成网状结构高聚物。
（2）酚类固化剂结构介绍
酚类固化剂是用双酚A封闭的环氧树脂通过扩链工艺制得的。它与环氧树脂的固化机理较为复杂，它主要包含：酚羟基与环氧基的醚化反应、仲羟基与环氧基的醚化反应、叔胺催化环氧的自聚反应和2-甲基咪唑使环氧的开环的反应。
（3）双氰胺固化剂结构介绍
由于双氰胺具有高熔点（207-209℃）且含有钝化基团CN的化合物，它和环氧树脂的反应至少要在>150℃下才能发生。因此为了改进它的低反应性能，需要加入催化剂或促进剂如咪唑或加成咪唑以加速反应。直接向双氰胺中加入这类促进剂所得的混合物被称为加速双氰胺，而通过衍生引入取代基团所得到的双氰胺为取代双氰胺。
（4）酚类固化反应特点
此固化过程无小分子物产生，不会在涂膜出现针孔等缺陷。大量羟基的存在更促进了对基材的附着了。而且二者具有相似的化学结构，有更好的互溶性，不会产生因固化收缩而导致的结构破坏，与环氧树脂一起给涂膜以更好的致密性、耐热性、耐溶剂性和耐腐蚀性。同时固化剂本身是树脂态的，主链上的结构也可以需求发生改变，从而保证了涂膜的柔韧性。
（5）双氰胺固化反应特点
此固化过程的涂膜有更好的致密性、耐热性、耐溶剂性和耐腐蚀性，但涂膜的交联密度大，柔韧性对酚类固化较差。
基于以上特点，配方选择酚类固化剂固化。
2.1 环氧树脂的选择
考虑到钢筋韧性的要求，排除刚性较强的酚醛树脂的选择。实验选择双酚A型环氧树脂A、环氧树脂B、环氧树脂C，具体指标见表1。
从表1看出，单独使用环氧树脂A或者环氧树脂B时，分子链太长，粘度太大，流平差与底材润湿性较差，弯曲开裂；单独使用环氧树脂c时，流平好，与底材附着力好，但柔韧性不够，弯曲开裂。
因此，下一步实验选择环氧树脂间的搭配使用。
2.2 环氧树脂搭配比例的确定
环氧树脂A分子链较长，不利于熔融挤出，且与底材润湿性较差，实验选择环氧树脂B和环氧树脂C搭配，具体实验设计见表2。
从表2看出，用量环氧树脂B：环氧树脂C=4:1时，既能满足涂层的柔韧性要求，也能保证涂膜与底材良好的润湿性，涂层柔韧性达到最佳。
2.3 酚类固化剂的选择
实验用环氧树脂B和环氧树脂C按4:1搭配使用，选择酚类固化剂A固化剂B、固化剂C固化剂D、固化剂E进行实验，结果见表3。
从表3看出：若酚类固化剂链段太短，柔韧性不够，弯曲开裂；若酚类固化剂链段太长，则涂层与底材的润湿性较差，附着了出现问题。选择固化剂C和固化剂D能使弯曲性能达到要求。
2.4 促进剂用量的确定
为适应钢筋喷涂线上快速固化的特点，促进剂的加入量尤为关键。为提高促进剂的分散性能，保证促进剂与基料的充分混溶，实验选择环氧加成咪唑K7101作为固化促进剂，每Kg物料中促进剂的加入量对胶化时间的影响见图1。
从图1看出：随着促进剂的加入，反应活性增加，胶化时间缩短。但22g k7101的加入量已经是催化极限。
2.5 最终实验配方
涂装环氧树脂涂层钢筋的生产工艺流程，见图2。
3.1 施工指南
喷砂处理：达到GB/T8923—1988规定的目视评定除锈等级Sa21/2级；
中频加热：加热至钢筋表面温度220~230℃之间；
喷粉房：粉房内雾化要均一；喷枪排列不应太过紧密，以免回流电场增加蜘蛛网；
淬火时间：淬火时间应随预热温度及钢筋型号的不同做相应调整；但淬火时间不应太长，避免过度造成弯曲开裂。
3.2 参考固化窗
图3中预热温度为钢筋表面实际温度。
实际后固化时间随环境温度及钢筋型号做相应调整。
相比较酚醛环氧和双氰胺类固化剂，选择双酚A环氧与酚类固化剂反应后的涂膜既有良好的致密性、耐热性、耐溶剂性和耐腐蚀性，又能保证涂膜良好的柔韧性；
双酚 A环氧树脂的选择时，若链段太长，与底材润湿性不好，影响涂层与底材的附着力需求，又能满足涂层柔韧性的需求；
促进剂的选择时，考虑到均匀分散性，促进剂需要微粉化，物料需要充分混合；促进剂的加入量以最佳催化活性为宜；
本钢筋环氧粉末涂料通过国家建筑材料测试中心的检测，符合GB/T25826—2010《钢筋混凝土用环氧涂层钢筋》的要求。
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